二氧化碳實驗室制法的實驗探究

摘 要:闡述了探究性實驗的教學價值和教學思路，結合實例研究了探究性實驗教學的活動方式，為化學教學中以實驗為載體培養學生的創新能力提供了可行的方法和程序。

關鍵詞:探究; 教學設計; 創新

中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2010)4-012-001

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。化學實驗是化學教育的一種最有效的教學手段，更是化學教學的亮點和重點。它可以幫助學生建立和鞏固化學基本概念，獲得化學知識、訓練科學方法、培養科學素質，同時也關注學生情感、態度的培養，因此，在化學教學中，要盡可能地實施實驗探究。

實驗探究模式是以實驗為基本手段，按學生的主體活動程度可分為引導探究和開放探究兩種模式。它的一般過程是:

提出問題:在閱讀、觀察、調查中對自然現象、生活現象或實驗現象產生好奇，發現或提出一些有探究價值的問題。

假設與猜想:在已掌握的化學實驗和實踐經驗的基礎上對所提出問題的可能性答案，做出猜想與假設。

設計實驗:針對探究目的和條件，設計可行性的操作步驟，達到預期目標。

動手實驗，獲取實驗事實與證據:正確操作，科學記錄實驗現象及數據，并在實驗中注意觀察與思考的結合。

分析得出結論:將收集到的現象與數據用化學知識加以分析、處理，得出結論。并與假設相比較，對與猜想不一致的現象加以解釋。

這種模式雖然是預先已構建好的，但教師的引導并不是刻意的引導出一個唯一的結果，而是讓學生在探究過程中理解科學方法。此模式的教學效果是否卓有成效，關鍵在于教師對實驗主題的選擇和問題的設置，教師應根據具體的教學目標、教學重點和難點，設計一些探究性實驗、提出富有啟發性的問題，引導學生積極思維。

二氧化碳的實驗室制法演示實驗是說明探究式教學優越性好例子。

教師可提出問題，為什么采用石灰石與稀鹽酸做為實驗室制二氧化碳的反應物，而不用其它的物質呢?學生會覺得問題很難。不過教師再提示學生以前學習過哪些產物有二氧化碳的化學反應，學生開始積極思考回憶學過的方程式。學生總結出如下反應:加熱堿式碳酸銅生成二氧化碳;碳酸分解生成二氧化碳;單質碳在空氣或氧氣中燃燒生成二氧化碳;甲烷燃燒生成二氧化碳;還有即將學習的工業上高溫煅燒石灰石制取二氧化碳。學生會認為它們都行，但在教師的引導下一一排除，堿式碳酸銅生成二氧化碳需加熱，碳酸本身不穩定，單質碳或甲烷燃燒產物一定混有空氣體的雜質，煅燒石灰石制取二氧化碳需要高溫，條件苛刻，實驗室實現不了。相比之下用石灰石與稀鹽酸反應，不需加熱，室溫反應，反應前沒有氣體，產物的氣體只是二氧化碳，容易凈化。又提問此實驗采用石灰石能不能用純凈的碳酸鈣粉末、碳酸鈉、草木灰等代替，稀鹽酸能用稀硫酸代替嗎?在教師的提示下，學生們思維活躍地提出了多種猜想與假設，教師適當地對學生的思維加以引導。假設一:碳酸鈉也是含碳酸根的物質，它能夠與稀鹽酸反應生成二氧化碳。假設二:稀硫酸中也含有氫離子，它也能夠與碳酸鈣反應生成二氧化碳。但它們的反應速率如何?反應進行的程度如何?這也是在實驗室制取氣體時應考慮的問題。在學生提出假設的基礎上，設計出實驗方案，教師找若干名學生到前臺協助完成下一步實驗。

每人發一只試管，分別放入等量少量的如下藥品:塊狀兒石灰石、粉末狀的碳酸鈣、碳酸鈉固體、碳酸鈉粉末等，再同時滴入稀鹽酸，學生親自操作觀察現象，其他學生也全神貫注，看到只有石灰石固體反應速率較適中，容易控制，其它的反應太劇烈無法控制，甚至溶液溢出試管。每人再發一只試管，同樣放入等量少量的如下藥品:塊狀兒石灰石、粉末狀的碳酸鈣、碳酸鈉固體、碳酸鈉粉末等，同時滴入稀硫酸，同樣看到粉末狀的碳酸鈣、碳酸鈉固體、碳酸鈉粉末等反應速率過快，劇烈無法控制，但石灰石固體反應表面生成許多白色固體，一段時間后反應中止。學生感到困惑不解，同樣石灰石固體與稀鹽酸和稀硫酸反應，為什么一個順利進行，另一個反應中止呢?

教師可在黑板上畫個解釋的草圖，說明稀硫酸與石灰石反應時，生成一種難溶的化合物硫酸鈣覆蓋在表面，慢慢積累，內部的石灰石跟外部的稀硫酸隔絕，故反應中止。由此得出反應物應當采用塊狀兒石灰石固體與稀鹽酸。既然此反應是在常溫進行的，應當采用什么樣的反應發生儀器裝置呢?讓學生回憶實驗室制氧和制氫的裝置有哪些區別!教師也可在前邊掛出兩者的裝置圖以示區別。學生能答出制氧氣時，反應物都是固體，需加熱，采用大試管和酒精燈;而制氫氣時，反應物有固體和溶液，不需加熱，采用啟普發生器或帶長頸漏斗的大試管。

學生對比發現實驗室制取二氧化碳的裝置和制氫氣的裝置雷同，因為都是塊狀固體與酸反應，生成氣體。教師還應在此基礎上說明反應不能生成沉淀，否則反應可能中止，氣體也不能極易溶于水，否則收集不到氣體。然后，請一名學生在前臺選擇儀器并連接成制二氧化碳裝置。結合實驗特點，讓學生思考除此之外，還有哪些可行的替代裝置方案?集思廣益，根據學生的回答，歸納幾種方案。教師也可展示教參上的幾種方案，大開學生的視野。

在探討研究的平和氣氛中，蘊涵著無窮趣味，在教師的一步步的嚴謹邏輯關系引導中，培養學生的思考分析能力，提高分析聯想的思維流暢性，學生的智能得到健康發展，優良的思維品質就會慢慢形成。

在初中化學中多實施探究性實驗教學，使教學過程變成學生發現信息、捕捉信息、加工信息、研究問題、增長知識的過程，是培養學生探究能力的有效途徑。